Челюк С.А., Суков С.Ф.

Донецкий национальный технический университет «ДонНТУ» 

Интеграция сети станков с ЧПУ в современную компьютерно-информационную систему предприятия.

 

         Самой перспективной областью развития на производстве являются информационные системы, в частности, архитектура самих систем. На протяжении многих лет она оставалась неизменной и никакое внесение изменений в нее даже не рассматривалось. Классическая архитектура представляет собой пирамиду, вершина которой — Enterprise Resource Planning (ERP),  посередине — Manufacturing Execution System (MES),  а основание — автоматическая система управления технологическим процессом (АСУ ТП). Но бурное развитие сопутствующих систем управления, проектирования и визуализации ставит задачу их включения  в информационную систему предприятия. Системы автомаматизированного проектирования и управления системами ЧПУ CAD, CAM, DNC нельзя отнести ни к одной из частей классической пирамиды, но в современной системе их нельзя не учитывать. MES-системы не могут служить связующим звеном между АСУ ТП и ERP, поскольку это не является их основной задачей. В связи с этим образуется информационный разрыв между АСУ ТП и ERP. Отсутствие этой связи делает невозможным эффективное управление и распределение информационных потоков на производстве.

         Для устранения указанного разрыва различными предприятиями разработаны новые концепции структуры КИСУ [1]. Для учета особенностей производства со станками под управлением ЧПУ может быть предложена новая архитектура компьютерно-информационной системы предприятия, изображенная на рис. 1. Фундаментом системы служит программно-аппаратная инфраструктура компании и общесистемные приложения, несущими элементами являются транзакционные, производственные и технологические системы, а верхушкой — аналитические системы и блок управления. Центральной частью предлагаемой архитектуры выступает интеграционный блок, обеспечивающий подготовку комплексной информации для аналитических приложений. Поставщиками данных для них служат сервисы SOA), являющиеся частью интеграционного блока, которые передают команды блока управления непосредственно в системы, составляющие КИСУ.

Рис. 1 Архитектура компьютерно-информационной системы предприятия.

Основные компоненты интеграционного блока КИСУ:

·       интеграционно-ссылочная модель - один из самых важных компонентов интеграционного модуля, обеспечивающий доступ к информации об активах, хранящейся в различных базах: финансово-экономической, производственно-технологической, пространственной посредством единой точки входа, который делает возможной синхронизацию изменений, происходящих с активами в течение цикла их жизнедеятельности (добавление, удаление и т. д.) в различных базах данных. Иными словами, это динамические мастер-данные.;

·       хранилище агрегированной информации представляет собой стандартные так называемые информационные кубы, куда заносятся необходимые для информационно-аналитических запросов агрегированные сведения. Спецификой подхода является то, что здесь хранятся не только данные транзакционных (учетных) систем, но и производственно-технологическая информация;

·       фильтры, процедуры и триггеры валидации и агрегирования - инструмент подготовки данных для хранилища агрегированной информации, являющийся частью поставляемого решения на основе наработанной в энергетике экспертизы;

·       интерфейсы, протоколы и адаптеры также необходимая часть интеграционного модуля. Интерфейсы и адаптеры разработаны в соответствии с требованиями международных стандартов IEC, поэтому любая система, поддерживающая данные стандарты, может быть интегрирована в КИСУ посредством этих инструментов;

·       нормативно-справочная информация (НСИ) - интеграционная часть, поскольку это один из основных распределенных информационных ресурсов в КИСУ. НСИ, разработанная на базе передовых современных платформ (SAP MDM), позволяет использовать различные источники нормативно-справочной информации, которые являются динамическими мастер-данными для НСИ;

·       PI-серверы - это классические PI-серверы в терминах MES-систем. Но их применение в интеграционной части КИСУ специфично. В данном случае они выступают не как real-time-серверы, а в качестве хранилищ информации о процессах - агрегированной и подготовленной для аналитических приложений. Классические PI-серверы работают на уровне прикладных систем, а PI-серверы интеграционной части выполняют функции хранилища агрегированной информации. Технологическая информация о процессах имеет другую структуру, нежели транзакционная, поэтому и требует иных программных решений.

·       Интеграционный блок не является неким run-time-приложением, обеспечивающим интеграцию любых приложений. Это набор упомянутых стандартных интерфейсов, протоколов, адаптеров, шаблонов в SAP BW, шаблонов процессной информации и бизнес-процессов, инструментов реализации интеграционно-ссылочной модели и НСИ. Его создание - проектная работа для конкретной компании.

Необходимо сказать и о блоке аналитики и управления, реализованном на основе портальных технологий, где в качестве платформ используются SAP Enterprise Portal и MS Share-Point.

Портальные внедрения делают невидимым для пользователя весь фундамент и несущие конструкции КИСУ. С точки зрения управления - это набор элементов пользовательского интерфейса, позволяющих привычным способом (пульт, cockpit) управлять компанией; с точки зрения аналитики - это набор предопределенных запросов и информации, позволяющих, оперативно оценив ситуацию, принять адекватное решение.

Достоинства данной архитектуры:

·       существующие транзакционные и производственно-технологические системы не заменяются (конечно, при условии, что это современные решения);

·       система независима от организационно-функциональной модели компании. В случае изменения бизнес-процессов, настройке подлежат только функциональность и состав сервисов, а также предоставление к ним ролевого доступа соответствующих сотрудников компании;

·       система не зависит от объема данных: она неограниченно масштабируема и наращиваема. Каждая подсистема, входящая в КИСУ, обладает собственными рабочими информационными базами. В общие, распределенные между всеми компонентами КИСУ, хранилища поступают только те сведения, которые используются в аналитических приложениях, либо другими компонентами. В системе осуществляются несколько ступеней фильтрации, валидации и агрегирования информации, за которые отвечают специализированные приложения, входящие в состав компонент КИСУ. Таким образом, достигается большая гибкость при проектировании распределенного программно-аппаратного комплекса КИСУ, центров обработки данных и, кроме того, нет условий для образования массы информационного "мусора", во что могут превратиться ЦОДы при увеличении потоков исходных данных;

·       функции бизнес- и оперативного анализа разнесены. Некоторые события на энергетическом оборудовании требуют оперативного разбора последствий и принятия решений; анализ и учет влияния других могут быть отложены. Распределение функций анализа по различным сервисам и дифференциация хранилищ данных позволяют оптимизировать затраты на центры обработки информации, требования к программно-аппаратному комплексу и коммуникационной инфраструктуре;

·       подсистемы, составляющие КИСУ, могут работать автономно, выполняя текущие производственные и технологические задачи. Особенно это актуально для энергетики, в которой производственно-технологический цикл происходит в режиме 24х7х365;

·       отсутствуют какие-либо специальные требования к финансово-экономическим и производственно-технологическим системам, составляющим несущие конструкции КИСУ. В том случае если система современна, она может стать полноценной частью КИСУ. Нет необходимости вносить кардинальные изменения в существующий ИТ-"ландшафт";

·       появляются предпосылки для создания систем управления активами - высшего на сегодняшний момент уровня информатизации компаний. Интеграционный блок обеспечивает "единый взгляд" на активы, позволяя применять и отлаживать различные методики управления ими без ущерба для работающих в штатном режиме компонент КИСУ;

·       компоненты КИСУ могут внедряться и наращиваться вокруг интеграционного ядра согласно текущей стратегии компании. Приведенная целевая архитектура не навязывает каких-либо жестких регламентов внедрения, кроме тех, которые диктуют сами компоненты - ERP, SCADA и др.

Интеграция в данную структуру участков предприятия, использующих контроллеры — осуществить довольно легко, т. к. более современные контроллеры имеют широкие коммуникационные возможности. Основную проблему составляют производство со станками с ЧПУ, потому что многие украинские предприятия используют в них системы управления морально устаревшие и как следствие с устаревшими информационными интерфейсами (ИРПР/ИРПС и RS-232/485)[2]. Включить их в структуру непосредственно не представляется возможным. Однако, если использовать в этом случае соответствующие шлюзы, то становиться возможным интеграция систем ЧПУ через интерфейс Ethernet. Что позволяет значительно сократить расходы на аппаратный комплекс.

Сети на базе Ethernet, в общем случае, не являются сетями реального времени [3]. Существуют надстройки и расширения, делающие Ethernet сетью реального времени, но они нестандартизированы на данный момент. Также проблемой может стать высокий уровень помех на производстве. Однако высокий запас пропускной способности Ethernet позволяет избежать влияния этих недостатков. Пропускная способность сети на основе Ethernet составляет 100Мбит/с=12,5МБайт/с, в то время как размер программы для ЧПУ не превышает 1 Мбайт, и потребность в передаче программы возникает через 40-60 минут. Учитывая уровень помех в канале связи 10 раз мощнее сигнала по формуле Шенона получим:

Как видно этой даже учитывая высокий уровень помех пропускной способности более чем достаточно для нормального функционирования сети.

Выводы:

         Сети на основе Ethernet — могут функционировать в тяжелых производственных условиях. Данное решение является оптимальным, поскольку выполняет поставленную задачу и является самым дешевым решением, т. к. сети на базе Ethernet дешевле других промышленных сетей. Также выбор Ethernet позволяет легко расширять и модифицировать сеть на цеховом уровне, а также интегрироваться в общую структуру КИСУ.

         Предложенная архитектура позволяет более полно учитывать и использовать возможности современных систем автоматического управления, чем классическая пирамида.

Перечень ссылок:

1.     Терентьев Алексей «Устранение информационного разрыва между мирами бизнеса и технологии»,  «Информационные технологии и измерение» ЭР № 3 /2008(52).

2.     Николай Ляшенко «Адаптация существующего парка станков с ЧПУ к современным информационным технологиям», «САПР и графика» 11'2001.

  1. Сергей Орлов «Ethernet в системах промышленной автоматизации», «Журнал сетевых решений LAN» 21.06.2002г.